Mars-Missionen: Der Sonnenwind sorgte für den Verlust der Mars-Atmosphäre

Messungen des ASPERA-3-Instruments an Bord der europäischen Raumsonde Mars Express zeigen, dass Sonnenwind-Ionen tief in die Ionosphäre von Mars vordringen und dort zum Verlust planetarer Sauerstoff-Ionen ins Weltall führen.

Mars-Ionosphäre | Mechanismus der Erosion planetarer Ionen an der tagseitigen Ionosphäre von Mars: Planetare Ionen werden in der Region zwischen der Photo-Elektronen Grenze (PEB) und der Grenze der induzierten Magnetosphäre (IMB) beschleunigt und Strom-abwärts transportiert.

Vor vier Milliarden Jahren besaß der Mars – wie die Erde – eine dichte Atmosphäre. Inzwischen hat unser Nachbarplanet seine Gashülle fast komplett verloren. Er besitzt kein Magnetfeld, sodass der energiereiche Sonnenwind ungehindert auf seine Atmosphäre einwirken kann und auf diese Weise möglicherweise für den Verlust der Atmosphäre gesorgt hat. Hingegen schützt das irdische Magnetfeld die Erdatmosphäre, indem elektrisch geladene Teilchen des Sonnenwindes gefangen und um die Erde herum geleitet werden.

Ziel von ASPERA, dem "Analyzer of Space Plasma and Energetic Atoms", an Bord von Mars Express, ist es, die Wechselwirklungen zwischen dem Sonnenwind und der tagseitigen Ionosphäre des Mars zu untersuchen und speziell die Menge und Masse der Ionen sowie die Energie von Elektronen und Ionen in jener marsnahen Region zu messen, in der die Interaktion des Sonnenwindes mit der Atmosphäre stattfindet. Eine erste Auswertung hat nun ergeben, dass unterhalb einer gewissen Grenzhöhe, der so genannten induzierten Magnetosphärengrenze (IMB), planetare Ionen das Plasma dominieren, während unterhalb der so genannten Photoelektronen-Grenze (PEB) ionosphärische Elektronen zu beobachtet sind, berichten Rickard Lundin vom schwedischen Institut für Astrophysik und seine Kollegen.

Energiespektren | Drei Beispiele von Spektren energetischer Ionen. Gezeigt wird die Ionenzählrate im Aspera-IMA-Sensor als Funktion der Ionenmasse und Energie. Die Linien verdeutlichen die Bereiche der Matrix, an denen man Ionen mit einer Masse pro Ladung (m/q) von 1, 2, 4 und 16 erwartet: 27. Februar 2004, 2 bis 7 Kilo-Elektronenvolt H⁺ und 700 Elektronenvolt O⁺ gemessen bei einer Höhe von 290 Kilometern; 25. Januar 2004, 500 Elektronenvolt O⁺ und 4 Kilo-Elektronenvolt m/q=2 Ionen (He⁺⁺, H₂⁺, D⁺) bei 900 Kilometer Höhe; 22. März 2004, beschleunigte O⁺-Ionen bei 330 Kilometer Höhe.

Diese Messungen zeigen, dass die induzierte Magnetosphärengrenze für einen Teil der Sonnenwind-Ionen durchlässig ist. Damit ist die Region zwischen beiden Grenzen von besonderer Wichtigkeit, um die Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und planetarem Plasma besser verstehen zu können. Neu ist nun, dass Sonnenwind-Ionen (H⁺ und He⁺⁺) bis zu einer Höhe von 270 Kilometer in die Ionosphäre vordringen und dort einen Abfluss beschleunigter planetarer Sauerstoff-Ionen (O⁺) verursachen. Dies geschieht schon bei geringeren Höhen und damit effektiver als bisher vermutet.

Die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) ist eine vorwiegend von Bund und Ländern finanzierte Einrichtung der Grundlagenforschung. Sie betreibt rund achtzig Max-Planck-Institute.